Осаждавшие повели методический обстрел фортов и укреплений крепости из 11-дюймовых гаубиц. Снаряды огромной разрушительной силы в случае прямого попадания пробивали бетонные своды, потолки и стены казематов. Один из таких неразорвавшихся снарядов пробил две палубы на эскадренном броненосце «Полтава». Неприятельская артиллерия потопила в гавани канонерскую лодку «Забияка» и пароход «Новик». Транспорту «Ангара» после попаданий двух снарядов удалось выброситься на мель. Японские саперы день и ночь рыли, подводя к укреплениям Порт-Артура (прежде всего к форту № III и укреплению № 3) сапы, параллели, траншеи и ходы сообщений.
Неприятельским саперам удалось подобраться ко рву перед фортом № III. Они стали готовить проходы через него для атакующей пехоты. К немалому их удивлению, связки соломы и земля, которые они сбрасывали в ров по ночам, за день куда-то исчезали. Это делалось защитниками форта через подземный ход, о существовании которого японцы даже и не подозревали.
Японцы попытались взорвать форт № II (самый мощный в крепости), подведя с большим трудом к нему минную галерею. Однако эту работу защитники форта своевременно «услышали» и незамедлительно начали устройство двух контрминных галерей. Затем, когда был отчетливо слышен звук работы вражеских саперов, японская галерея была разрушена взрывом.
К началу ноября в Порт-Артуре стали подходить к концу запасы провианта, прежде всего свежего мяса и солонины. На человека стали выдавать по трети фунта конины, и то только два раза в неделю. Оставшиеся лошади требовались для подвоза на передовую боевых припасов и прочих грузов. Хлеба было еще достаточно, его выдавали по 3 фунта на день на человека. Из продажи исчезла махорка.
В осажденном гарнизоне, кроме свирепствовавшей ранее цинги, появились тиф, дизентерия и другие заразные болезни. Крепостной госпиталь и полковые лазареты были переполнены больными и ранеными. Если боевые потери в октябре составили 87 офицеров и 3407 солдат, то потери от болезней — 51 офицер и 2432 солдата. В отдельные дни цинга вырывала из рядов защитников Порт-Артура больше людей, чем снаряды и пули.
Токио потребовал от маршала Оямы и командующего осадной 3-й армией взять Порт-Артур во что бы то ни стало. Приближался день рождения божественного микадо — 21 октября, и овладение русской крепостью было бы лучшим подарком императору Страны восходящего солнца. В Токио было решено отправить под стены Порт-Артура последнюю, 7-ю кадровую дивизию императорской армии.
С утра 13 октября началась усиленная трехдневная бомбардировка укреплений Восточного фронта, одновременно обстреливались город и гавань. Никогда ранее русская крепость не несла столь больших потерь и разрушений от огня неприятельской артиллерии. В дневнике Рашевского о третьем штурме Порт-Артура записано:
Защитники Порт-Артура с началом третьего штурма крепости могли выставить на передовую не более 18 тысяч человек. Во многих ротах сибирских стрелков в строю оставалось менее 50 бойцов.
В последний день артиллерийской подготовки японские батареи выпустили по крепости свыше 20 тысяч снарядов, из них 1800 самого крупного калибра — 11-дюймовых. Кроме того, было выпущено несколько тысяч шрапнельных снарядов для поражения живой силы. Только после того, как русские укрепления получили сильные разрушения и была ослаблена сила их обороны, Ноги в 12 часов дня отдал приказ начать генеральную атаку. Главный удар наносился по форту № III.
Крепость, молчавшая с самого утра, встретила штурмующую японскую пехоту, которая шла вперед в пяти колоннах (еще две находились в резерве), ружейными залпами и предельно интенсивным огнем из всех исправных орудий. Из внутренней гавани била крупнокалиберная артиллерия эскадренных броненосцев и крейсеров. На этот раз японцы настолько близко подвели свои траншеи к русским укреплениям, что вскоре во многих местах начался яростный рукопашный бой.